01 - Doutorado - Física

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Navegando 01 - Doutorado - Física por Autor "Alves, João Carlos"

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    Ressíntese e caracterização de eletrodos de LiCoO? recuperados de catodos de baterias descartadas de íons de lítio
    Silva, Stephany Pires da; Scarminio, Jair [Orientador]; Tavares, Beatriz Antoniassi; Matos, Roberto de; Alves, João Carlos; Silva, Paulo Rogério Catarini da
    Resumo: A popularização de produtos eletrônicos, especialmente os telefones celulares, tem gerado um aumento na produção e no consumo de baterias de íons de lítio, usadas como suas fontes de energia elétrica Após esgotadas, o descarte dessas baterias deve ser criterioso para evitar danos ambientais e à saúde Surge então a necessidade e oportunidade de mercado voltada para a reciclagem dessas baterias Este trabalho apresenta um estudo sobre a caracterização e recuperação do composto LixCoO2 extraído do catodo de baterias descartadas de íons de lítio de telefones celulares de diferentes marcas, modelos e estados de saúde (SOH), através da sua decomposição térmica nas temperaturas de 7, 8 e 9°C, seguida de uma ressíntese, via estado-sólido, com os produtos da decomposição Li1,CoO2 e Co3O4 e com a adição de carbonato de lítio (Li2CO3) Medidas mostraram um aumento na impedância da bateria com a diminuição do seu SOH e uma dependência entre o tamanho das partículas do catodo com o SOH das baterias foi observado por meio de imagens de MEV e confirmada por medidas da área superficial específica pela técnica BET Refinamentos pelo método de Rietveld mostraram um aumento na concentração relativa de Co3O4 com o aumento da temperatura de decomposição térmica e uma diminuição com o aumento do SOH das baterias Análises térmicas mostraram que a partir de 85°C ocorre a evaporação de Li do composto LixCoO2, influenciando na concentração de Co3O4 obtido após a decomposição térmica Observou-se que as temperaturas de tratamento térmico alteram significativamente os parâmetros de rede e o ordenamento cristalográfico do composto Li1,CoO2 obtido da decomposição térmica Análises por microtomografia de raios X mostraram que as fases cristalinas Li1,CoO2 e Co3O4 resultantes da decomposição coexistem na mesma partícula do material do catodo, mas espacialmente redistribuídas, ocupando respectivamente, a casca e o caroço das partículas Nas ressínteses obteve-se unicamente o composto estequiométrico Li1,CoO2 com alto ordenamento cristalino e eletrodos fabricados com esse material mostraram capacidades de carga inicial próximas a 13 mAh/g, dependendo da temperatura de decomposição térmica e do SOH das baterias descartadas, cujo material do catodo, LixCoO2, foi ressintetizado Portanto, o método de ressíntese do LiCoO2 proposto neste trabalho apresenta potencialidade para confecção de novos catodos de baterias a partir de baterias descartadas
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    Ressíntese e reciclagem direta de catodos de baterias descartadas de íons de lítio e caracterizações eletroquímicas
    (2024-10-25) Sita, Lucas Evangelista; Scarminio, Jair; Alves, João Carlos; Silva, Stephany Pires da; Laureto, Edson; Gelamo, Rogério Valentim
    A reciclagem das baterias de íons de lítio (BILs) tem se mostrado uma das alternativas mais eficazes para evitar danos ambientais por seu descarte, e na reinserção de compostos químicos de valor na cadeia produtiva de novas baterias. Neste trabalho, são mostrados os resultados e análises de dois métodos de reciclagem do material do catodo de BILs descartadas. O primeiro envolve a ressíntese dos catodos Li1Ni0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC532) e Li1Ni1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC111) pela técnica sol-gel, utilizando como matéria-prima uma mistura dos materiais dos catodos extraído de oito baterias em fim de vida, de composição LixNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (x<1). Análises de difração de raios-X confirmaram a formação das fases únicas de NMC532 e NMC111, com alta cristalinidade, elevado ordenamento cristalográfico e baixa troca catiônica, conforme verificado pelo refinamento de Rietveld. Eletrodos confeccionados com os catodos ressintetizados mostraram uma boa ciclabilidade em vinte ciclos, mas capacidades de carga específica um pouco inferior aos valores da literatura (140 mAh/g). O segundo processo, se baseia na reciclagem direta (RD) de catodos de BILs descartadas, visto que a perda de lítio ao longo dos ciclos de carga e descarga em conjunto com desordenamento estrutural, são responsáveis pelo esgotamento das BILs. Usou-se catodos NMC532 extraídos de baterias de carro elétrico em final de vida útil (EoL) e descartadas pelo fabricante durante o controle de qualidade (QCR). Testes de carga e descarga em eletrodos manufaturados com os dois tipos de catodos mostraram uma capacidade de carga inicial em torno de 155,0 mAh g?¹. No entanto, ao final de cem ciclos perdas de capacidade de 2,82 e 9,55 mAh g?¹ foram observadas para os catodos relitiados QCR e EoL, respectivamente, refletindo uma menor estabilidade eletroquímica para o catodo EoL. Os dois métodos de reciclagem testados resultaram em novos catodos do tipo NMC estequiométricos, altamente ordenados e de complexidade operacional de fabricação relativamente baixas, podendo ser, em princípio escalonados industrialmente. No entanto, estudos mais elaborados são exigidos visando aumentar da capacidade de carga específica e estabilidade de ciclagem dos eletrodos.